(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シャフトに回転可能に支持されるとともに磁気的な凸極部を有するロータと、
前記ロータの凸極部の径方向外側に配置され、前記シャフトに向かって突出する複数のステータティースを有するステータコアと、
前記ステータティースに巻回され、前記シャフトの軸方向において前記ステータティースの端面からコイルエンドが突出するステータコイルと、
界磁コイルの通電に伴い少なくとも前記ロータと前記ステータコアと共に界磁磁路を形成する磁路形成部材と、を備えた回転電機であって、
前記界磁コイルが、前記シャフトの軸方向において前記コイルエンドの外側に配置されているとともに、前記コイルエンドの径方向外側、且つ前記シャフトの軸方向において前記ステータティースの端面の外側に配置されていることを特徴とする回転電機。
【請求項２】
前記界磁コイルが前記コイルエンドの径方向内側にさらに配置されていることを特徴とする請求項１に記載の回転電機。
【請求項３】
前記コイルエンドの径方向内側に配置される前記界磁コイルを巻装するための径方向内側巻装部と、前記シャフトの軸方向において前記コイルエンドの外側に配置される前記界磁コイルを巻装するための軸方向外側巻装部とが一体化された界磁コイル用ボビンを備え、
前記径方向内側巻装部の外径よりも前記軸方向外側巻装部の外径の方が大きいことを特徴とする請求項２に記載の回転電機。
【請求項４】
前記シャフトの軸方向において前記コイルエンドの外側に配置される前記界磁コイルを巻装するための軸方向外側巻装部と、前記コイルエンドの径方向外側に配置される前記界磁コイルを巻装するための径方向外側巻装部とが一体化された界磁コイル用ボビンを備え、
前記軸方向外側巻装部の内径よりも前記径方向外側巻装部の内径の方が大きいことを特徴とする請求項１に記載の回転電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転電機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、永久磁石をロータに配設した永久磁石同期モータは、電気自動車やハイブリッド自動車などの様々な分野で駆動源として利用されている。このような永久磁石同期モータにおいて、強め界磁制御を行うことによって大きなトルクを得る一方で、弱め界磁制御を行うことによってステータとロータとの間に生じる磁束量を低減して、最大回転数を向上させることが提案されている（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
特許文献１の回転電動機は、ロータと、界磁ヨーク（界磁極）と、界磁コイルとを備えている。そして、界磁コイルに電流を供給することで、ロータ、ステータ及び界磁ヨークにより環状の磁路が形成される。そして、界磁コイルに供給される電流量を調整して、ロータを通過する磁束量を調整することで、強め界磁制御及び弱め界磁制御を可能とし、大きなトルクを得られるとともに最大回転数を向上させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−４３０９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、回転電動機においては、ステータティースに巻回されたステータコイルのコイルエンドよりも径方向外側や内側、さらには、コイルエンドよりもシャフトの軸方向外側などに無駄なスペースが生じている。特に、コイルエンドよりもシャフトの軸方向外側に無駄なスペースが生じていると、回転電動機において、シャフトの軸方向への体格が無駄に大型化してしまう。
【０００６】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、その目的は、無駄なスペースを極力無くして、回転電機におけるシャフトの軸方向への体格が無駄に大型化してしまうことを回避することができる回転電機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、シャフトに回転可能に支持されるとともに磁気的な凸極部を有するロータと、前記ロータの凸極部の径方向外側に配置され、前記シャフトに向かって突出する複数のステータティースを有するステータコアと、前記ステータティースに巻回され、前記シャフトの軸方向において前記ステータティースの端面からコイルエンドが突出するステータコイルと、界磁コイルの通電に伴い少なくとも前記ロータと前記ステータコアと共に界磁磁路を形成する磁路形成部材と、を備えた回転電機であって、前記界磁コイルが、前記シャフトの軸方向において前記コイルエンドの外側に配置されているとともに、前記コイルエンドの径方向外側、且つ前記シャフトの軸方向において前記ステータティースの端面の外側に配置されていることを要旨とする。
【０００９】
この発明によれば、界磁コイルがシャフトの軸方向においてコイルエンドの外側に配置されることで、回転電機において、シャフトの軸方向においてコイルエンドの外側に生じる無駄なスペースを有効利用することができ、回転電機におけるシャフトの軸方向への体格が無駄に大型化してしまうことを回避することができる。
【００１０】
また、界磁コイルがコイルエンドよりも径方向外側に配置されることで、回転電機において、コイルエンドの径方向外側に生じる無駄なスペースを有効利用することができる。特に、シャフトの軸方向においてコイルエンドの外側に界磁コイルが配置されている場合、コイルエンドの径方向外側に界磁コイルが配置されている分、シャフトの軸方向においてコイルエンドの外側に配置される界磁コイルのシャフトの軸方向への体格を小型化することができ、回転電機全体として、シャフトの軸方向への体格を小型化することができる。
【００１１】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記界磁コイルが前記コイルエンドの径方向内側にさらに配置されていることを要旨とする。
【００１２】
この発明によれば、界磁コイルがコイルエンドの径方向内側、及びシャフトの軸方向においてコイルエンドの外側に配置されることで、コイルエンドの径方向内側、及びシャフトの軸方向においてコイルエンドの外側に生じる無駄なスペースを有効利用することができる。そして、コイルエンドの径方向内側に界磁コイルが配置されている分、シャフトの軸方向においてコイルエンドの外側に配置される界磁コイルのシャフトの軸方向への体格を小型化することができ、回転電機全体として、シャフトの軸方向への体格を小型化することができる。
【００１４】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の発明において、前記コイルエンドの径方向内側に配置される前記界磁コイルを巻装するための径方向内側巻装部と、前記シャフトの軸方向において前記コイルエンドの外側に配置される前記界磁コイルを巻装するための軸方向外側巻装部とが一体化された界磁コイル用ボビンを備え、前記径方向内側巻装部の外径よりも前記軸方向外側巻装部の外径の方が大きいことを要旨とする。
【００１５】
この発明によれば、例えば、コイルエンドの径方向内側に配置される界磁コイルを巻装するための界磁コイル用ボビンと、シャフトの軸方向においてコイルエンドの外側に配置される界磁コイルを巻装するための界磁コイル用ボビンとをそれぞれ別に配置する必要が無い。つまり、一つの界磁コイル用ボビンを配置するだけで、コイルエンドの径方向内側、及びシャフトの軸方向においてコイルエンドの外側に界磁コイルを配置することができる。
【００１６】
請求項４に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記シャフトの軸方向において前記コイルエンドの外側に配置される前記界磁コイルを巻装するための軸方向外側巻装部と、前記コイルエンドの径方向外側に配置される前記界磁コイルを巻装するための径方向外側巻装部とが一体化された界磁コイル用ボビンを備え、前記軸方向外側巻装部の内径よりも前記径方向外側巻装部の内径の方が大きいことを要旨とする。
【００１７】
この発明によれば、例えば、シャフトの軸方向においてコイルエンドの外側に配置される界磁コイルを巻装するための界磁コイル用ボビンと、コイルエンドの径方向外側に配置される界磁コイルを巻装するための界磁コイル用ボビンとをそれぞれ別に配置する必要が無い。つまり、一つの界磁コイル用ボビンを配置するだけで、シャフトの軸方向においてコイルエンドの外側、及びコイルエンドの径方向外側に界磁コイルを配置することができる。
【発明の効果】
【００１８】
この発明によれば、無駄なスペースを極力無くして、回転電機におけるシャフトの軸方向への体格が無駄に大型化してしまうことを回避することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】第１の実施形態におけるモータの側断面図。
【図２】コアバック、ステータ及びロータの縦断面図。
【図３】第２の実施形態におけるモータの側断面図。
【図４】別の実施形態におけるモータの側断面図。
【図５】別の実施形態におけるモータの側断面図。
【図６】別の実施形態におけるモータの側断面図。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
（第１の実施形態）
以下、本発明を回転電機としてのモータ（回転電動機）に具体化した第１の実施形態を図１及び図２にしたがって説明する。
【００２１】
図１に示すように、モータ１０のハウジング１１は、円筒状のコアバック１２と、コアバック１２の一端（図１の左端）に連結された有底円筒状の第１ハウジング１３と、コアバック１２の他端（図１の右端）に連結された有底円筒状の第２ハウジング１４とからなる。第１ハウジング１３及び第２ハウジング１４は非磁性材料からなる。コアバック１２は磁性材料からなるとともに、本実施形態では粉末成形磁性体（ＳＭＣ：Ｓｏｆｔ  Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ）から形成されている。第１ハウジング１３の底壁には貫通孔１３ａが形成されている。ハウジング１１内には、主電動機部Ｍが収容されている。
【００２２】
コアバック１２内には主電動機部Ｍの一部を構成するシャフト１５が収容されている。シャフト１５は、軟磁性材料（例えば鉄やケイ素鋼等）から形成されるとともに略円柱状をなしている。シャフト１５は、第１ハウジング１３及び第２ハウジング１４にベアリング１６，１７を介して回転可能に支持されている。シャフト１５の一端（図１の左端）は貫通孔１３ａを介してハウジング１１外へ突出している。
【００２３】
コアバック１２の内周面には主電動機部Ｍの一部を構成するステータ２０（固定子）が固定されている。ステータ２０は、コアバック１２の内周面に固定された円環状のステータコア２１と、ステータコイル２２とから構成されている。コアバック１２は、ステータコア２１の外周面を全周に亘って覆うとともに、ステータコア２１の外周面とコアバック１２の内周面とは密着されている。このため、ステータコア２１とコアバック１２とは磁気的に接続されている。ステータコア２１は、複数枚の鋼板をシャフト１５の軸線Ｌに沿った方向（シャフト１５の軸方向）に積層して構成されている。
【００２４】
ステータコア２１には、シャフト１５に向けて突出する複数のステータティース２１ａがステータコア２１の周方向に等間隔おきで設けられている。各ステータティース２１ａの先端面はいずれも同一周面上に位置している。各ステータティース２１ａには、絶縁性樹脂材料よりなるステータコイル用ボビン２２ｂが装着されている。そして、ステータコイル２２は、導電性の金属材料（本実施形態では銅）よりなる導線がステータコイル用ボビン２２ｂに巻回されて形成されている。なお、ステータコイル２２は、Ｕ相、Ｖ相及びＷ相のいずれかとされており、それぞれ位相の異なる電流が供給されることにより、回転磁界を発生させるようになっている。
【００２５】
ステータ２０の内側には主電動機部Ｍの一部を構成するロータ３０（回転子）が設けられている。ロータ３０は、シャフト１５に止着されたロータコア３１を有している。ロータコア３１は、シャフト１５の軸線Ｌ周りでシャフト１５と一体的に回転可能になっている。シャフト１５の外周面とロータコア３１の内周面とは密着されている。このため、シャフト１５とロータコア３１とは磁気的に接続されている。ロータコア３１は、軟磁性材料からなる複数枚の鋼板をシャフト１５の軸方向に積層して構成されている。よって、ロータコア３１内において、磁束がシャフト１５の軸方向よりも軸線Ｌに直交するロータコア３１の径方向及び周方向へ流れ易くなっている。
【００２６】
また、ロータコア３１におけるシャフト１５の軸方向の長さは、ステータコア２１におけるシャフト１５の軸方向の長さと同じになっている。ステータコイル２２は、シャフト１５の軸方向においてステータティース２１ａの端面からコイルエンド２２ｅが突出している。よって、シャフト１５の軸方向におけるステータコイル２２のコイルエンド２２ｅの両端は、ロータコア３１の両端よりも外側に突出している。また、ハウジング１１内において、一端側（第１ハウジング１３側）のコイルエンド２２ｅよりも第１ハウジング１３側には、各相のステータコイル２２の渡り線（図示せず）が通過する渡り線領域Ｗ（図１において二点鎖線で示す）が設けられている。
【００２７】
図２に示すように、ロータコア３１は、径方向外側へ向けて突出する凸極部としての複数のロータティース３１ａが、ロータコア３１の周方向に等間隔おきで設けられている。各ロータティース３１ａの先端面はいずれも同一周面上に位置している。各ロータティース３１ａの先端面とステータティース２１ａの先端面との間には僅かな隙間が形成されている。そして、ロータティース３１ａとステータティース２１ａとはこの隙間を介して磁気的に接続されている。
【００２８】
したがって、本実施形態では、シャフト１５、ステータ２０及びロータ３０により主電動機部Ｍが構成されている。
図１に示すように、コアバック１２内におけるステータ２０及びロータ３０よりも一端側には、界磁磁束を発生させるための第１界磁極４１が配設されている。第１界磁極４１は、円環状の界磁コアとしての第１界磁コア４２と界磁コイルとしての第１界磁コイル４３、第２界磁コイル４４及び第３界磁コイル４５とから構成されている。第１界磁コア４２は、磁性材料からなる複数枚の鋼板をシャフト１５の軸方向に積層して構成されている。
【００２９】
第１界磁コア４２は、第１界磁コア４２の外周部４２ｂがコアバック１２の一端開口部に凹設された圧入凹部１２ａに圧入されることで、コアバック１２に固定されている。第１界磁コア４２がコアバック１２に固定された状態において、第１界磁コア４２の外周部４２ｂはコアバック１２に対して密着されている。このため、第１界磁コア４２とコアバック１２とは磁気的に接続されている。また、第１界磁コア４２の内側にはシャフト１５が挿通されており、第１界磁コア４２の内周面とシャフト１５の外周面との間には僅かな隙間が形成されている。そして、第１界磁コア４２とシャフト１５とはこの隙間を介して磁気的に接続されている。
【００３０】
コアバック１２内におけるステータ２０及びロータ３０よりも他端側には、界磁磁束を発生させるための第２界磁極５１が配設されている。第２界磁極５１は、円環状の界磁コアとしての第２界磁コア５２と界磁コイルとしての第４界磁コイル５３，第５界磁コイル５４及び第６界磁コイル５５とから構成されている。第２界磁コア５２は、磁性材料からなる複数枚の鋼板を軸線Ｌに沿った方向に積層して構成されている。
【００３１】
第２界磁コア５２は、第２界磁コア５２の外周部５２ｂがコアバック１２の他端開口部に凹設された圧入凹部１２ｂに圧入されることで、コアバック１２に固定されている。第２界磁コア５２がコアバック１２に固定された状態において、第２界磁コア５２の外周部５２ｂはコアバック１２に対して密着されている。このため、第２界磁コア５２とコアバック１２とは磁気的に接続されている。また、第２界磁コア５２の内側にはシャフト１５が挿通されており、第２界磁コア５２の内周面とシャフト１５の外周面との間には僅かな隙間が形成されている。そして、第２界磁コア５２とシャフト１５とはこの隙間を介して磁気的に接続されている。
【００３２】
コアバック１２内において、第１界磁コア４２における第１ハウジング１３とは反対側の端面４２ａからステータコア２１の一端部までの距離Ｈ１は、第２界磁コア５２における第２ハウジング１４とは反対側の端面５２ａからステータコア２１の他端部までの距離Ｈ２に比べて、渡り線領域Ｗが存在する分だけ長くなっている。
【００３３】
第１界磁コア４２の端面４２ａには、界磁コイル用ボビンとしての第１界磁コイル用ボビン４６が固着されている。第１界磁コイル用ボビン４６は、第１界磁コア４２の端面４２ａからステータコア２１の一端面の手前までシャフト１５の軸方向に沿って延びる円筒状の第１胴部４６ａと、第１胴部４６ａの両端開口部から径方向外側に向けて延びる円環状の一対の鍔部４６ｂ，４６ｃとから構成されている。そして、第１胴部４６ａ及び一対の鍔部４６ｂ，４６ｃにより、一部が一端側のコイルエンド２２ｅよりも径方向外側に位置する径方向外側巻装部４６Ａが形成されている。
【００３４】
第１界磁コイル４３は、径方向外側巻装部４６Ａに導電性の金属材料（本実施形態では銅）よりなる導線がシャフト１５の軸線Ｌ周りに複数回巻回されることで巻装されている。第１界磁コイル４３は、径方向外側巻装部４６Ａに巻装された状態において、その一部が一端側のコイルエンド２２ｅよりも径方向外側に配置されている。
【００３５】
第１界磁コア４２の端面４２ａには、界磁コイル用ボビンとしての第２界磁コイル用ボビン４７が固着されている。第２界磁コイル用ボビン４７は、第１界磁コア４２の端面４２ａからロータコア３１の一端面の手前までシャフト１５の軸方向に沿って延びる円筒状の第２胴部４７ａを有している。また、第２界磁コイル用ボビン４７は、第２胴部４７ａの一端開口部から径方向外側に向けて第１胴部４６ａの内周面の手前まで延びる円環状の一端側鍔部４７ｂと、第２胴部４７ａの他端開口部から径方向外側に向けてステータコイル用ボビン２２ｂにおけるシャフト１５側の面の手前まで延びる円環状の他端側鍔部４７ｃとを有している。さらに、第２界磁コイル用ボビン４７は、一端側鍔部４７ｂと他端側鍔部４７ｃとの間に位置し、且つ第２胴部４７ａの外周面から径方向外側に向けて第１胴部４６ａの内周面の手前まで延びる円環状の仕切鍔部４７ｄを有している。一端側鍔部４７ｂの径方向に沿った長さと、仕切鍔部４７ｄの径方向に沿った長さは同じになっている。
【００３６】
そして、第２胴部４７ａの一部、一端側鍔部４７ｂ及び仕切鍔部４７ｄにより、一端側のコイルエンド２２ｅよりもシャフト１５の軸方向外側に位置する軸方向外側巻装部４７Ａが形成されている。また、第２胴部４７ａの一部、他端側鍔部４７ｃ及び仕切鍔部４７ｄにより、一部が一端側のコイルエンド２２ｅよりも径方向内側に位置する径方向内側巻装部４７Ｂが形成されている。すなわち、第２界磁コイル用ボビン４７は、軸方向外側巻装部４７Ａと径方向内側巻装部４７Ｂとが一体化された構成になっている。
【００３７】
第２界磁コイル４４は、軸方向外側巻装部４７Ａに導電性の金属材料（本実施形態では銅）よりなる導線がシャフト１５の軸線Ｌ周りに複数回巻回されることで巻装されている。第２界磁コイル４４は、軸方向外側巻装部４７Ａに巻装された状態において、一端側のコイルエンド２２ｅよりもシャフト１５の軸方向外側に配置されている。第３界磁コイル４５は、径方向内側巻装部４７Ｂに導電性の金属材料（本実施形態では銅）よりなる導線がシャフト１５の軸線Ｌ周りに複数回巻回されることで巻装されている。第３界磁コイル４５は、径方向内側巻装部４７Ｂに巻装された状態において、その一部が一端側のコイルエンド２２ｅよりも径方向内側に配置されている。
【００３８】
第２界磁コア５２の端面５２ａには、界磁コイル用ボビンとしての第３界磁コイル用ボビン５６が固着されている。第３界磁コイル用ボビン５６は、第２界磁コア５２の端面５２ａからステータコア２１の他端面の手前までシャフト１５の軸方向に沿って延びる円筒状の第３胴部５６ａと、第３胴部５６ａの両端開口部から径方向外側に向けて延びる円環状の一対の鍔部５６ｂ，５６ｃとから構成されている。第３胴部５６ａにおけるシャフト１５の軸方向に沿った長さは、第１胴部４６ａにおけるシャフト１５の軸方向に沿った長さよりも短くなっている。そして、第３胴部５６ａ及び一対の鍔部５６ｂ，５６ｃにより、一部が他端側のコイルエンド２２ｅよりも径方向外側に位置する径方向外側巻装部５６Ａが形成されている。
【００３９】
第４界磁コイル５３は、径方向外側巻装部５６Ａに導電性の金属材料（本実施形態では銅）よりなる導線がシャフト１５の軸線Ｌ周りに複数回巻回されることで巻装されている。第４界磁コイル５３は、径方向外側巻装部５６Ａに巻装された状態において、その一部が他端側のコイルエンド２２ｅよりも径方向外側に配置されている。
【００４０】
第２界磁コア５２の端面５２ａには、界磁コイル用ボビンとしての第４界磁コイル用ボビン５７が固着されている。第４界磁コイル用ボビン５７は、第２界磁コア５２の端面５２ａからロータコア３１の一端面の手前までシャフト１５の軸方向に沿って延びる円筒状の第４胴部５７ａを有している。第４胴部５７ａにおけるシャフト１５の軸方向に沿った長さは、第２胴部４７ａにおけるシャフト１５の軸方向に沿った長さよりも短くなっている。
【００４１】
また、第４界磁コイル用ボビン５７は、第４胴部５７ａの一端開口部から径方向外側に向けて第３胴部５６ａの内周面の手前まで延びる円環状の一端側鍔部５７ｂと、第４胴部５７ａの他端開口部から径方向外側に向けてステータコイル用ボビン２２ｂにおけるシャフト１５側の面の手前まで延びる円環状の他端側鍔部５７ｃとを有している。さらに、第４界磁コイル用ボビン５７は、一端側鍔部５７ｂと他端側鍔部５７ｃとの間に位置し、且つ第４胴部５７ａの外周面から径方向外側に向けて第３胴部５６ａの内周面の手前まで延びる円環状の仕切鍔部５７ｄを有している。一端側鍔部５７ｂの径方向に沿った長さと、仕切鍔部５７ｄの径方向に沿った長さは同じになっている。
【００４２】
そして、第４胴部５７ａの一部、一端側鍔部５７ｂ及び仕切鍔部５７ｄにより、他端側のコイルエンド２２ｅよりもシャフト１５の軸方向外側に位置する軸方向外側巻装部５７Ａが形成されている。また、第４胴部５７ａの一部、他端側鍔部５７ｃ及び仕切鍔部５７ｄにより、一部が他端側のコイルエンド２２ｅよりも径方向内側に位置する径方向内側巻装部５７Ｂが形成されている。すなわち、第４界磁コイル用ボビン５７は、軸方向外側巻装部５７Ａと径方向内側巻装部５７Ｂとが一体化された構成になっている。
【００４３】
第５界磁コイル５４は、軸方向外側巻装部５７Ａに導電性の金属材料（本実施形態では銅）よりなる導線がシャフト１５の軸線Ｌ周りに複数回巻回されることで巻装されている。第５界磁コイル５４は、軸方向外側巻装部５７Ａに巻装された状態において、他端側のコイルエンド２２ｅよりもシャフト１５の軸方向外側に配置されている。第６界磁コイル５５は、径方向内側巻装部５７Ｂに導電性の金属材料（本実施形態では銅）よりなる導線がシャフト１５の軸線Ｌ周りに複数回巻回されることで巻装されている。第６界磁コイル５５は、径方向内側巻装部５７Ｂに巻装された状態において、その一部が他端側のコイルエンド２２ｅよりも径方向内側に配置されている。
【００４４】
次に、本実施形態のモータ１０の作用について、各界磁コイル４３，４４，４５，５３，５４，５５に電流が供給された際に形成される磁路（界磁磁束の流れ）を中心に説明する。尚、ハウジング１１の外周面には、各界磁コイル４３，４４，４５，５３，５４，５５に電流を供給するための端子台（図示せず）が設けられており、各界磁コイル４３，４４，４５，５３，５４，５５の導線の始端はハウジング１１外部へ引き出されて端子台に電気的に接続されている。
【００４５】
各界磁コイル４３，４４，４５に電流が供給されることにより第１界磁コア４２に発生された界磁磁束は、矢印Ｙ１に示すようにシャフト１５に向かって流れる。そして、界磁磁束は、磁気的空隙（ギャップ）を通してシャフト１５に流れる。さらに、界磁磁束は、矢印Ｙ２に示すようにシャフト１５内をシャフト１５の軸方向に流れ、矢印Ｙ３に示すようにシャフト１５の軸線Ｌに直交する方向へ流れてロータコア３１（ロータティース３１ａ）を外径側に流れてステータコア２１（ステータティース２１ａ）を通過する。さらに、界磁磁束は、矢印Ｙ４に示すようにコアバック１２を第１界磁極４１へ向かって誘導される。
【００４６】
このようにして、第１界磁コア４２、シャフト１５、ロータ３０、ステータ２０及びコアバック１２による界磁磁路が形成される。よって、本実施形態では、コアバック１２、シャフト１５及び第１界磁コア４２は、ロータ３０及びステータ２０と共に界磁磁路を形成する磁路形成部材として機能する。
【００４７】
同様に、各界磁コイル５３，５４，５５に電流が供給されることにより第２界磁コア５２に発生された界磁磁束は、矢印Ｙ１１に示すようにシャフト１５に向かって流れる。そして、界磁磁束は、磁気的空隙（ギャップ）を通してシャフト１５に流れる。さらに、界磁磁束は、矢印Ｙ１２に示すようにシャフト１５内をシャフト１５の軸方向に流れ、矢印Ｙ１３に示すようにシャフト１５の軸線Ｌに直交する方向へ流れてロータコア３１（ロータティース３１ａ）を外径側に流れてステータコア２１（ステータティース２１ａ）を通過する。さらに、界磁磁束は、矢印Ｙ１４に示すようにコアバック１２を第２界磁極５１へ向かって誘導される。
【００４８】
このようにして、第２界磁コア５２、シャフト１５、ロータ３０、ステータ２０及びコアバック１２による界磁磁路が形成される。よって、本実施形態では、コアバック１２、シャフト１５及び第２界磁コア５２は、ロータ３０及びステータ２０と共に界磁磁路を形成する磁路形成部材として機能する。
【００４９】
このように、本実施形態のモータ１０では、環状（ループ状）の磁路（界磁磁束の流れ）が形成され、ロータ３０のロータティース３１ａは、界磁磁束によってＮ極の極性を持つことになり、ロータティース３１ａ（界磁磁束）が、永久磁石同期モータにおけるロータに配設された永久磁石と同様の働きを持つことになる。
【００５０】
また、本実施形態のモータ１０では、各界磁コイル４３，４４，４５，５３，５４，５５に流す電流量を増加させることで界磁磁束を増加させ、より大きなトルクを得ることができる。その一方で、本実施形態のモータ１０では、高速回転時において各界磁コイル４３，４４，４５，５３，５４，５５に流す電流量を減少させることで界磁磁束を減少させ、最大回転数を向上させることができる。すなわち、本実施形態のモータ１０では、強め界磁制御のみによって最大トルク及び最大回転数を向上させることができる。したがって、本実施形態のモータ１０では、ロータ３０に永久磁石を配設した場合に必要な弱め界磁制御が不要となり、その構成を簡略化できる。
【００５１】
また、第１界磁コア４２及び第２界磁コア５２に界磁磁束を発生させるために必要な各界磁コイル４３，４４，４５，５３，５４，５５が、ハウジング１１内において、コイルエンド２２ｅよりも径方向内側、外側、及びシャフト１５の軸方向外側を利用してそれぞれ配置されている。すなわち、ハウジング１１内に生じる無駄なスペースを有効利用して各界磁コイル４３，４４，４５，５３，５４，５５が配置されているため、モータ１０におけるシャフト１５の軸方向への体格が無駄に大型化してしまうことが回避されている。
【００５２】
上記実施形態では以下の効果を得ることができる。
（１）第３界磁コイル４５の一部が一端側のコイルエンド２２ｅよりも径方向内側に配置されるとともに、第６界磁コイル５５の一部が他端側のコイルエンド２２ｅよりも径方向内側に配置されている。よって、モータ１０において、コイルエンド２２ｅよりも径方向内側に生じる無駄なスペースを有効利用することができ、各界磁コイル４５，５５を配置してもモータ１０におけるシャフト１５の軸方向への体格が大型化することがない。また、第２界磁コイル４４が一端側のコイルエンド２２ｅよりもシャフト１５の軸方向外側に配置されるとともに、第５界磁コイル５４が他端側のコイルエンド２２ｅよりもシャフト１５の軸方向外側に配置されている。よって、モータ１０において、コイルエンド２２ｅよりもシャフト１５の軸方向外側に生じる無駄なスペースを有効利用することができ、モータ１０におけるシャフト１５の軸方向への体格が無駄に大型化してしまうことを回避することができる。
【００５３】
（２）コイルエンド２２ｅよりも径方向内側に各界磁コイル４５，５５が配置されている分、コイルエンド２２ｅよりもシャフト１５の軸方向外側に配置される各界磁コイル４４，５４のシャフト１５の軸方向への体格を小型化することができる。よって、モータ１０全体として、シャフト１５の軸方向への体格を小型化することができる。
【００５４】
（３）第１界磁コイル４３の一部が一端側のコイルエンド２２ｅよりも径方向外側に配置されるとともに、第４界磁コイル５３の一部が他端側のコイルエンド２２ｅよりも径方向外側に配置されている。よって、コイルエンド２２ｅよりも径方向外側に生じる無駄なスペースを有効利用することができるとともに、コイルエンド２２ｅよりも径方向外側に各界磁コイル４３，５３が配置されている分、コイルエンド２２ｅよりもシャフト１５の軸方向外側に配置される各界磁コイル４４，５４のシャフト１５の軸方向への体格を小型化することができる。その結果、モータ１０全体として、シャフト１５の軸方向への体格を小型化することができる。
【００５５】
（４）第２界磁コイル用ボビン４７は、軸方向外側巻装部４７Ａと径方向内側巻装部４７Ｂとが一体化された構成になっているとともに、第４界磁コイル用ボビン５７は、軸方向外側巻装部５７Ａと径方向内側巻装部５７Ｂとが一体化された構成になっている。よって、例えば、コイルエンド２２ｅよりも径方向内側に配置される界磁コイルを巻装するための界磁コイル用ボビンと、コイルエンド２２ｅよりもシャフト１５の軸方向外側に配置される界磁コイルを巻装するための界磁コイル用ボビンとをそれぞれ別に配置する必要が無い。つまり、一つの界磁コイル用ボビン４７，５７を配置するだけで、コイルエンド２２ｅよりも径方向内側、及びコイルエンド２２ｅよりもシャフト１５の軸方向外側に各界磁コイル４４，４５，５４，５５を配置することができる。
【００５６】
（第２の実施形態）
以下、本発明を回転電機としてのモータ（回転電動機）に具体化した第２の実施形態を図３にしたがって説明する。なお、以下に説明する実施形態では、既に説明した第１の実施形態と同一構成について同一符号を付すなどして、その重複する説明を省略又は簡略する。
【００５７】
図３に示すように、コアバック１２内におけるステータ２０及びロータ３０よりも一端側には、界磁磁束を発生させるための第３界磁極６１が配設されている。第３界磁極６１は、第１界磁コア４２と界磁コイルとしての第７界磁コイル６３、第８界磁コイル６４及び第９界磁コイル６５とから構成されている。
【００５８】
第１界磁コア４２の端面４２ａには、界磁コイル用ボビンとしての第５界磁コイル用ボビン６６が固着されている。第５界磁コイル用ボビン６６は、第１界磁コア４２の端面４２ａから渡り線領域Ｗにおける最も第１ハウジング１３側の位置までシャフト１５の軸方向に沿って延びる円筒状の第５胴部６６ａを有している。また、第５界磁コイル用ボビン６６は、第５胴部６６ａの一端開口部から径方向外側に向けて延びる円環状の一端側鍔部６６ｂと、第５胴部６６ａの他端開口部から径方向外側に向けて延びる円環状の他端側鍔部６６ｃとを有している。さらに、第５界磁コイル用ボビン６６は、他端側鍔部６６ｃからステータコア２１の一端面の手前までシャフト１５の軸方向に沿って延びる円筒状の第６胴部６６ｄを有している。また、第５界磁コイル用ボビン６６は、第６胴部６６ｄの先端開口部から径方向外側に向けて延びる円環状の先端側鍔部６６ｅを有している。
【００５９】
そして、第５胴部６６ａ、一端側鍔部６６ｂ及び他端側鍔部６６ｃにより、一端側のコイルエンド２２ｅよりもシャフト１５の軸方向外側に位置する軸方向外側巻装部６６Ａが形成されている。また、第６胴部６６ｄ、他端側鍔部６６ｃの一部及び先端側鍔部６６ｅにより、一部が一端側のコイルエンド２２ｅよりも径方向外側に位置する径方向外側巻装部６６Ｂが形成されている。すなわち、第５界磁コイル用ボビン６６は、軸方向外側巻装部６６Ａと径方向外側巻装部６６Ｂとが一体化された構成になっている。
【００６０】
第７界磁コイル６３は、軸方向外側巻装部６６Ａに導電性の金属材料（本実施形態では銅）よりなる導線がシャフト１５の軸線Ｌ周りに複数回巻回されることで巻装されている。第７界磁コイル６３は、軸方向外側巻装部６６Ａに巻装された状態において、一端側のコイルエンド２２ｅよりもシャフト１５の軸方向外側に配置されている。第８界磁コイル６４は、径方向外側巻装部６６Ｂに導電性の金属材料（本実施形態では銅）よりなる導線がシャフト１５の軸線Ｌ周りに複数回巻回されることで巻装されている。第８界磁コイル６４は、径方向外側巻装部６６Ｂに巻装された状態において、一部が一端側のコイルエンド２２ｅよりも径方向外側に配置されている。
【００６１】
第１界磁コア４２の端面４２ａには、界磁コイル用ボビンとしての第６界磁コイル用ボビン６７が固着されている。第６界磁コイル用ボビン６７は、第１界磁コア４２の端面４２ａからロータコア３１の一端面の手前までシャフト１５の軸方向に沿って延びる円筒状の第７胴部６７ａと、第７胴部６７ａの両端開口部から径方向外側に向けて延びる円環状の一対の鍔部６７ｂ，６７ｃとから構成されている。そして、第７胴部６７ａ及び一対の鍔部６７ｂ，６７ｃにより、一部が一端側のコイルエンド２２ｅよりも径方向内側に位置する径方向内側巻装部６７Ａが形成されている。
【００６２】
第９界磁コイル６５は、径方向内側巻装部６７Ａに導電性の金属材料（本実施形態では銅）よりなる導線がシャフト１５の軸線Ｌ周りに複数回巻回されることで巻装されている。第９界磁コイル６５は、径方向内側巻装部６７Ａに巻装された状態において、その一部が一端側のコイルエンド２２ｅよりも径方向内側に配置されている。
【００６３】
コアバック１２内におけるステータ２０及びロータ３０よりも他端側には、界磁磁束を発生させるための第４界磁極７１が配設されている。第４界磁極７１は、第２界磁コア５２と界磁コイルとしての第１０界磁コイル７３、第１１界磁コイル７４及び第１２界磁コイル７５とから構成されている。
【００６４】
第２界磁コア５２の端面５２ａには、界磁コイル用ボビンとしての第７界磁コイル用ボビン７６が固着されている。第７界磁コイル用ボビン７６は、第２界磁コア５２の端面５２ａからコイルエンド２２ｅに向けてシャフト１５の軸方向に沿って延びる円筒状の第８胴部７６ａを有している。また、第７界磁コイル用ボビン７６は、第８胴部７６ａの一端開口部から径方向外側に向けて延びる円環状の一端側鍔部７６ｂと、第８胴部７６ａの他端開口部から径方向外側に向けて延びる円環状の他端側鍔部７６ｃとを有している。さらに、第７界磁コイル用ボビン７６は、他端側鍔部７６ｃからステータコア２１の他端面の手前までシャフト１５の軸方向に沿って延びる円筒状の第９胴部７６ｄを有している。また、第７界磁コイル用ボビン７６は、第９胴部７６ｄの先端開口部から径方向外側に向けて延びる円環状の先端側鍔部７６ｅを有している。
【００６５】
そして、第８胴部７６ａ、一端側鍔部７６ｂ及び他端側鍔部７６ｃにより、他端側のコイルエンド２２ｅよりもシャフト１５の軸方向外側に位置する軸方向外側巻装部７６Ａが形成されている。また、第９胴部７６ｄ、他端側鍔部７６ｃの一部及び先端側鍔部７６ｅにより、一部が他端側のコイルエンド２２ｅよりも径方向外側に位置する径方向外側巻装部７６Ｂが形成されている。すなわち、第７界磁コイル用ボビン７６は、軸方向外側巻装部７６Ａと径方向外側巻装部７６Ｂとが一体化された構成になっている。
【００６６】
第１０界磁コイル７３は、軸方向外側巻装部７６Ａに導電性の金属材料（本実施形態では銅）よりなる導線がシャフト１５の軸線Ｌ周りに複数回巻回されることで巻装されている。第１０界磁コイル７３は、軸方向外側巻装部７６Ａに巻装された状態において、他端側のコイルエンド２２ｅよりもシャフト１５の軸方向外側に配置されている。第１１界磁コイル７４は、径方向外側巻装部７６Ｂに導電性の金属材料（本実施形態では銅）よりなる導線がシャフト１５の軸線Ｌ周りに複数回巻回されることで巻装されている。第１１界磁コイル７４は、径方向外側巻装部７６Ｂに巻装された状態において、一部が他端側のコイルエンド２２ｅよりも径方向外側に配置されている。
【００６７】
第２界磁コア５２の端面５２ａには、界磁コイル用ボビンとしての第８界磁コイル用ボビン７７が固着されている。第８界磁コイル用ボビン７７は、第２界磁コア５２の端面５２ａからロータコア３１の他端面の手前までシャフト１５の軸方向に沿って延びる円筒状の第１０胴部７７ａと、第１０胴部７７ａの両端開口部から径方向外側に向けて延びる円環状の一対の鍔部７７ｂ，７７ｃとから構成されている。そして、第１０胴部７７ａ及び一対の鍔部７７ｂ，７７ｃにより、一部が他端側のコイルエンド２２ｅよりも径方向内側に位置する径方向内側巻装部７７Ａが形成されている。
【００６８】
第１２界磁コイル７５は、径方向内側巻装部７７Ａに導電性の金属材料（本実施形態では銅）よりなる導線がシャフト１５の軸線Ｌ周りに複数回巻回されることで巻装されている。第１２界磁コイル７５は、径方向内側巻装部７７Ａに巻装された状態において、その一部が他端側のコイルエンド２２ｅよりも径方向内側に配置されている。
【００６９】
したがって、第２の実施形態によれば、第１の実施形態の効果（１）〜（３）と同様の効果に加えて、以下に示す効果を得ることができる。
（５）第５界磁コイル用ボビン６６は、軸方向外側巻装部６６Ａと径方向外側巻装部６６Ｂとが一体化された構成になっているとともに、第７界磁コイル用ボビン７６は、軸方向外側巻装部７６Ａと径方向外側巻装部７６Ｂとが一体化された構成になっている。よって、例えば、コイルエンド２２ｅよりもシャフト１５の軸方向外側に配置される界磁コイルを巻装するための界磁コイル用ボビンと、コイルエンド２２ｅよりも径方向外側に配置される界磁コイルを巻装するための界磁コイル用ボビンとをそれぞれ別に配置する必要が無い。つまり、一つの界磁コイル用ボビン６６，７６を配置するだけで、コイルエンド２２ｅよりもシャフト１５の軸方向外側、及びコイルエンド２２ｅよりも径方向外側に各界磁コイル６３，６４，７３，７４を配置することができる。
【００７０】
なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
○  第１の実施形態において、図４に示すように、第２界磁コイル用ボビン４７の一端側鍔部４７ｂを第１界磁コイル用ボビン４６の第１胴部４６ａの内周面に連結させて、第１界磁コイル用ボビン４６と第２界磁コイル用ボビン４７とを一体化させてもよい。同様に、第４界磁コイル用ボビン５７の一端側鍔部５７ｂを第３界磁コイル用ボビン５６の第３胴部５６ａの内周面に連結させて、第３界磁コイル用ボビン５６と第４界磁コイル用ボビン５７とを一体化させてもよい。これによれば、一つの界磁コイル用ボビンを用いるだけで、コイルエンド２２ｅよりも径方向内側、外側、及びコイルエンド２２ｅよりもシャフト１５の軸方向外側の全てのスペースに界磁コイル４３，４４，４５，５３，５４，５５を配置することができる。
【００７１】
また、図５に示すように、第１胴部４６ａ及び第２胴部４７ａにおけるシャフト１５の軸方向に沿った長さが、第３胴部５６ａ及び第４胴部５７ａにおけるシャフト１５の軸方向に沿った長さと同じであってもよい。すなわち、コアバック１２内におけるステータ２０及びロータ３０よりも両端側に、同じ形状の界磁コイル用ボビンを配置してもよい。これによれば、一種類の界磁コイル用ボビンを用いるだけで、コイルエンド２２ｅよりも径方向内側、外側、及びコイルエンド２２ｅよりもシャフト１５の軸方向外側の全てのスペースに界磁コイルを配置することができる。
【００７２】
○  第１の実施形態において、図６に示すように、第１界磁コイル用ボビン４６及び第３界磁コイル用ボビン５６を削除してもよい。つまり、コイルエンド２２ｅよりも径方向外側に界磁コイルが配置されていなくてもよい。この場合、図６に示すように、第２界磁コイル用ボビン４７の一端側鍔部４７ｂ及び仕切鍔部４７ｄがコアバック１２の内周面の手前まで径方向に沿って延びるように設けられているのが好ましい。同様に、第４界磁コイル用ボビン５７の一端側鍔部５７ｂ及び仕切鍔部５７ｄがコアバック１２の内周面の手前まで径方向に沿って延びるように設けられているのが好ましい。このようにすることで、軸方向外側巻装部４７Ａ，５７Ａに巻回される導線の量を増やすことができる。
【００７３】
○  第１の実施形態において、第２界磁コイル用ボビン４７は、軸方向外側巻装部４７Ａと径方向内側巻装部４７Ｂとが一体化された構成でなくてもよい。すなわち、軸方向外側巻装部４７Ａを有する界磁コイル用ボビンと、径方向内側巻装部４７Ｂを有する界磁コイル用ボビンとをそれぞれ別に配置してもよい。同様に、第４界磁コイル用ボビン５７は、軸方向外側巻装部５７Ａと径方向内側巻装部５７Ｂとが一体化された構成でなくてもよい。すなわち、軸方向外側巻装部５７Ａを有する界磁コイル用ボビンと、径方向内側巻装部５７Ｂを有する界磁コイル用ボビンとをそれぞれ別に配置してもよい。
【００７４】
○  第２の実施形態において、第５界磁コイル用ボビン６６は、軸方向外側巻装部６６Ａと径方向外側巻装部６６Ｂとが一体化された構成でなくてもよい。すなわち、軸方向外側巻装部６６Ａを有する界磁コイル用ボビンと、径方向外側巻装部６６Ｂを有する界磁コイル用ボビンとをそれぞれ別に配置してもよい。同様に、第７界磁コイル用ボビン７６は、軸方向外側巻装部７６Ａと径方向外側巻装部７６Ｂとが一体化された構成でなくてもよい。すなわち、軸方向外側巻装部７６Ａを有する界磁コイル用ボビンと、径方向外側巻装部７６Ｂを有する界磁コイル用ボビンとをそれぞれ別に配置してもよい。
【００７５】
○  上記各実施形態において、コイルエンド２２ｅの径方向内側のみに界磁コイルが配置されている構成にしてもよい。
○  上記各実施形態において、コイルエンド２２ｅのシャフト１５の軸方向外側のみに界磁コイルが配置されている構成にしてもよい。
【００７６】
○  上記各実施形態において、コイルエンド２２ｅの径方向内側、及びコイルエンド２２ｅの径方向外側に界磁コイルが配置されている構成にしてもよい。
○  上記各実施形態において、コイルエンド２２ｅのシャフト１５の軸方向外側、及びコイルエンド２２ｅの径方向外側に界磁コイルが配置されている構成にしてもよい。
【００７７】
○  上記各実施形態において、ステータ２０のステータティース２１ａの数は適宜変更してもよい。また、ロータ３０のロータティース３１ａの数は適宜変更してもよい。
○  上記各実施形態において、ロータコア３１は、鋼板（電磁鋼板）を複数枚積層して構成が、これに限らず、ロータコア３１をＳＭＣや鉄塊などの磁性体で構成してもよい。同様に、各界磁コア４２，５２もＳＭＣや鉄塊などの磁性体で構成してもよい。
【００７８】
○  上記各実施形態において、各界磁極４１，６１のみ、あるいは、各界磁極５１，７１のみ設けてもよい。すなわち、軸線Ｌ方向の片側のみに界磁極を設けてもよい。
○  上記各実施形態において、シャフト１５を介して界磁磁路を形成したが、これに限らず、シャフト１５を介さずに界磁磁路を形成してもよい。シャフト１５に、シャフト１５よりも磁気抵抗の小さい磁性体を設けて界磁磁路としてもよい。磁性体としては例えばＳＭＣなどでもよい。
【００７９】
○  上記各実施形態において、凸極部としてのロータティース３１ａは形状的に凸形状であったが、この構成に限らず、磁気的に凸極性があればよい。例えば、ロータティースの先端のみが隣接するロータティースと連結されていたり、ロータティース間の凹部が非磁性体で埋められたりして、全体としてロータが円筒状でもよい。
【００８０】
○  上記各実施形態では回転電機としてモータ１０に具体化したが、これに限ることなく発電機として用いてもよい。
【符号の説明】
【００８１】
１０…回転電機としてのモータ、１２…磁路形成部材としてのコアバック、１５…シャフト、２１…ステータコア、２１ａ…ステータティース、２２…ステータコイル、２２ｅ…コイルエンド、３０…ロータ、３１ａ…凸極部としてのロータティース、４２…磁路形成部材としての第１界磁コア、４３，４４，４５，５３，５４，５５，６３，６４，６５，７３，７４，７５…界磁コイル、４６，４７，５６，５７，６６，６７，７６，７７…界磁コイル用ボビン、４６Ａ，５６Ａ，６６Ｂ，７６Ｂ…径方向外側巻装部、４７Ａ，５７Ａ，６６Ａ，７６Ａ…軸方向外側巻装部、４７Ｂ，５７Ｂ，６７Ａ，７７Ａ…径方向内側巻装部、５２…磁路形成部材としての第２界磁コア。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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